研究背景

       細胞自噬是真核生物中高度保守的依賴於溶酶體的降解過程 ，在維持細胞物質代謝 、內環境穩定及基因組完整性等方麵起重要作用 。自噬功能紊亂與機體多種疾病的發生密切相關 。近年來 ，大量的研究表明 ，人類多種腫瘤中存在自噬異常 ，自噬在腫瘤發生發展的各個階段均扮演著重要角色 。

       細胞自噬（autophagy）是細胞內重要的物質分解代謝過程 ，通過雙層膜結構的自噬泡（autophagosome）包裹錯誤蛋白或受損細胞器 ，與溶酶體（lysosome）融合 ，經溶酶體酸性水解酶水解作用產生氨基酸等生物分子 ，並最終被細胞重新利用 ，實現細胞內物質的循環 ，如下圖所示 。早在1956年 ，Clark利用電子顯微鏡觀察新生小鼠腎組織時發現細胞中含有大量具有膜性結構的致密體 ，且其中常含有類似於線粒體等的胞質結構 。1963年的國際溶酶體大會上 ，Christian de Duve將這種細胞中存在的包裹細胞質和細胞器的膜泡發生現象定義為自噬 。直至1993年Tsukada和Ohsumi在酵母（Yeast）中發現第一個自噬相關基因Atg（autophagy-related gene）後 ，人們對自噬的研究有了新的進展 。近年來大量的研究表明 ，自噬與腫瘤的發生發展密切相關 ，許多調節自噬的藥物被用於臨床腫瘤治療的研究中 。

細胞自噬圖

       雖然正常的自噬發生對腫瘤的發生具有抑製作用 ，但在腫瘤形成後 ，部分腫瘤細胞能利用自噬對抗應激環境 ，增強存活能力 。特別在實體瘤中 ，需要更多的氧氣和營養物質來保持快速增殖 ，造成細胞中營養缺乏和低氧脅迫 。作為細胞應激狀態下提供營養物質的重要途徑 ，自噬可以保護腫瘤細胞 ，避免凋亡或壞死的發生 。研究表明 ，在KrasG12D（編碼持續激活形式的KRAS）和BrafV600E（編碼持續激活形式的B-Raf）構建的肺癌模型中 ，自噬缺陷可以逆轉惡性的腺瘤（adenoma）和癌（carcinoma）為良性的嗜酸細胞瘤（ncocytoma） 。此外 ，自噬可能還提供一些代謝中間產物來滿足腫瘤細胞特殊的代謝需求 ；並且多種類型腫瘤細胞係在營養充足條件下也具有高水平的基礎自噬 。

       自噬還可以減少細胞失巢凋亡（anoikis）的發生 ，提高腫瘤細胞的轉移能力 。細胞與細胞外基質或相鄰細胞脫離接觸會誘發失巢凋亡 ，擴散的腫瘤細胞必須具備抗失巢凋亡的能力才能脫離原發灶並在轉移過程中存活 。研究發現，細胞脫離細胞外基質時 ，自噬被激活而幫助細胞抵抗凋亡 ；用RNA幹擾技術敲低Atg5或Atg7的表達 ，抑製細胞自噬 ，能促進腫瘤細胞的失巢凋亡 。

       化療 、放療後 ，腫瘤細胞會產生大量受損的蛋白質和細胞器等有害成分 ，此時自噬活性提高 ，及時清除有害物質並提供應急的原料和能量 ，為DNA損傷修複提供條件 ，導致腫瘤治療預後較差 。而放 、化療時結合自噬抑製藥物能起到更好的抑癌效果 。

       自噬與腫瘤發生的關係可能是雙重的 ：（ⅰ）在腫瘤發生發展的不同階段，自噬的作用可能不同 。腫瘤發生的早期階段 ，自噬障礙可以增加基因組的不穩定性 ，促進癌變過程；腫瘤快速生長和轉移階段 ，自噬可以抵抗應激條件以及抑製失巢凋亡 ，維持腫瘤細胞的生存 ；（ⅱ）自噬對於單個細胞和整個腫瘤組織的作用可能不同 。自噬缺陷的腫瘤細胞易於壞死 ，但是壞死所引起的炎症反應反而會促進腫瘤的生長與侵襲 。從某種意義上講 ，無論對於哪種類型的細胞而言 ，自噬都可以看作是一種保護機製 。自噬一方麵能夠保護正常細胞 ，防止癌化的發生 ；另一方麵又能夠增強腫瘤細胞的生存能力 ，在應激條件下對其起到保護作用 。自噬與腫瘤之間的關係是複雜多樣的 ，仍需大量的深入研究來闡明自噬和腫瘤發生間的清晰聯係 。

       作為真核細胞中重要的分解代謝過程 ，自噬的分子細胞機理和生理病理意義正在被逐漸認識和解析 。然而 ，有關自噬相關基因的功能和自噬發生機製還有很多問題有待澄清 ，如自噬泡膜的來源 、降解底物的識別以及自噬泡與溶酶體的融合機製等 。加深自噬機製的研究不僅具有深刻的理論意義 ，同時具有非常重要的應用價值 ，尤其在腫瘤的臨床治療中 。

       自噬在腫瘤發生發展中的作用尚無清晰的定論 ；隨著對自噬作用機製的研究深入 ，期待對自噬更深層次的理解 ，並為腫瘤發病機製的研究和腫瘤治療提供新的思路 。雖然作用於自噬過程的抗腫瘤藥物的研究有了初步的進展 ，但目前大部分藥物的作用靶點缺乏選擇性 ，對腫瘤細胞自噬的幹擾缺乏特異性 ；尋找能夠直接作用於自噬過程 ，且特異性強的藥物將是未來抗腫瘤研究的新方向 。此外 ，到目前為止雖然激活細胞自噬來預防腫瘤發生的直接臨床依據稍顯不足 ，但自噬在腫瘤早期發生過程中的抑製作用已被廣泛證實 ，因此適當地提高基礎自噬水平可能成為未來腫瘤預防的重要措施 。

研究模型

       南宮娛樂建立了RFP-GFP-LC3 串聯體用於檢測自噬 ：mRFP用於標記及追蹤LC3 ，GFP的減弱可指示溶酶體與自噬小體的融合形成自噬溶酶體 ，即由於GFP熒光蛋白對酸性敏感 ，當自噬體與溶酶體融合後GFP 熒光發生淬滅 ，此時隻能檢測到紅色熒光 。南宮娛樂在顯微鏡成像後紅綠熒光merge後通過merge後出現的黃色斑點即隻是自噬體.紅色的斑點指示自噬溶酶體,通過不同顏色斑點的計數可以清晰的看出自噬流的強弱 。如下圖所示 。

研究案例

目的 ：研究XIAP在負調節自噬通路方麵的新功能

結論 ：凋亡抑製蛋白XIAP能夠通過抑製自噬 ，促進腫瘤生成 ，以及影響癌症進程

路線 ：

1. XIAP生理條件下參與抑製自噬的發生（XIAP的缺失增加了GFP-LC3形成點狀聚集的細胞比例 ；WB分析也表明 ，XIAP的缺失極大地增強了內源性LC3的轉換）

2. XIAP部分依賴於胞質p53途徑影響自噬（siRNA介導的XIAP基因敲除均能導致MDM2蛋白水平的顯著增加和p53蛋白水平的大幅下降 ，而且伴隨著LC3轉換的增強）

3. XIAP是MDM2的一個新E3泛素連接酶

4. XIAP調節血清饑餓誘導的自噬

5. XIAP抑製自噬作用受到AKT磷酸化的調控

6. XIAP影響DNA損傷應答的起始

核心文獻

1. Autophagy maintains stemness by preventing senescence. Nature. 2016 Jan 7;529(7584):37-42. https://dx.doi.org/10.1038/nature16187

2. DNA damage and the balance between survival and death in cancer biology. Nat Rev Cancer. 2016 Jan;16(1):20-33. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26678314

3. Glioma: Repurposed drugs combined to amplify autophagy. Nat Rev Cancer. 2015 Nov;15(11):636. https://dx.doi.org/10.1038/nrc4033

4. Autophagy: Surviving stress in pancreatic cancer. Nat Rev Cancer. 2015 Sep;15(9):513. https://dx.doi.org/10.1038/nrc4005

5. Autophagy: Exploring the anticancer effects of autophagy inhibition. Nat Rev Cancer. 2015 Sep;15(9):512-3. https://dx.doi.org/10.1038/nrc4003